特长隧道通风方法及保障措施技术探讨

特长隧道通风方法及保障措施技术探讨

孔德政

中铁十一局集团第二工程有限公司，湖北十堰  442000

摘要：在高速公路建设中，路线的规划不可避免地要穿过崇山峻岭，如正常进行路基路面开挖，会加大施工的投资成本，因此一旦出现线路的走线经过山岭，那么就会设计隧道。隧道也分为特长隧道、长隧道、中隧道以及短隧道，其中特长隧道作为高速工程中的重点控制性项目，由于隧道长度超过3000m，隧道施工过程中的围岩情况，以及通风排烟等是施工中以及通车后的一个难点。目前的研究还主要集中在排烟理论问题和通风模拟软件的应用上，而对通风工程设计的系列可操作性关键问题尚未明晰，如适宜通风方式的选择、通风量计算、不同通风方案下风机动力与通风阻力匹配的问题，各匝道隧道与主线隧道之间的水力平衡问题等。基于此，本文就特长隧道通风方法及保障措施技术进行简要探讨。

关键词：特长隧道；通风方法；保障措施

1 工程概况

高速隧道中车流不仅会产生烟尘，如通风出现问题会导致隧道内可视范围降低，增加行车危险系数，汽车排放的尾气更含有毒性的一氧化碳（CO），一旦在隧道内出现交通事故造成交通堵塞，浓度高的一氧化碳（CO）会给后续的伤员带来二次伤害。隧道内的通风仅靠洞口两端的气流难以提供足够的新鲜风流，因此隧道需要设计一套完整的通风系统以保障行车安全和紧急情况下的应急抢险。目前已有学者结合工程实际对高速公路隧道的通风方法进行研究。本文以某特长隧道项目为依托，设计通风方案并提出相应的保障措施。本项目设计速度为80km/h的4车道高速公路技术标准，路基宽度整幅25.5m，分离式路基宽度12.75m。路线全长5.886km。本工程标段负责隧道通风系统施工（左线5270m、右线5261m），隧道最大埋深1277m，人字坡，左、右幅均为端墙式洞门。

2 特长隧道通风特征

自然通风在隧道工程中的适用面相对较窄，本文只讨论机械通风。隧道通风技术发展至今，分机械通风分为组合通风方式有纵向组合式、纵向+半横向通风方式、纵向+集中排烟式。20世纪70年代以前，国外特长隧道基本上采用半横向式通风或者横向式通风，20世纪70年代以后，特长隧道基本上采用纵向式通风。从国内外特长公路隧道的通风方式发展规律来看，有向分段式纵向通风发展的趋势。在我国，目前新建或即将建设的特长隧道，均采用分段纵向通风，即通风井送排式+射流风机的组合形式，纵向通风方式已成为长大隧道通风方式的主流。而长大隧道通风方案已经成为关系隧道工程建、投资和运营的重大影响因素。隧道机械通风方式分为纵向式、半横向式、横向式和组合通风方式，其中纵向式通风因其工程造价和运营费低的优点，逐渐成为长大隧道通风方式的首选。通风系统共有两个设计要求：一是保证隧道正常运营，满足清除烟尘、汽车尾气等有毒有害物质，使空气达到卫生标准，保证隧道安全和舒适的要求。二是在应急情况下，通风系统应能满足火灾发生时的通风需求，及时排出有害气体并通入足够的新鲜空气，最大程度上减少人员伤亡和对隧道的破坏。从通风设计的角度来看，特长隧道通风具有以下几方面的特征。（1）匝道长度短。匝道隧道主要起衔接作用，长度较短，一般在1000m以内。（2）速度多样。多匝道隧道的速度至少两种以上，主线隧道的车速一般为40-60km/h，匝道隧道的速度一般为主线隧道速度的40%-70%。（3）单向交通为主。就目前所能统计的项目而言，其交通形式以单向交通为主，极少数为双向交通。（4）交通量日变化幅度大。特长隧道交通量日变化具有早高峰与晚高峰特性，高峰时段交通量特别大，其余时段交通量明显较小。

3 特长隧道通风设备控制方式

通风控制系统包括隧道监控站内计算机管理系统、区域控制器（PLC）和风机安装现场控制箱、风速风向检测器、CO/VI 检测器、传输通道、风机。通风控制系统的控制原则根据国家相关标准和规定制定。系统配备自检功能，可随时检测 CO/VI 检测器、风速风向检测器，并检测风机工作状态，在以上设备异常时发出警告和故障信息。风机控制采用一拖一的软启动方式，即一台软启动器控制一台风机；风机具备正反转切换功能，并能在系统软启动器损坏时直接启动风机。通风系统以自动控制为主，必要时可用手动控制辅助。自动、手动控制结合可以在隧道管理站内实现对射流风机的远程控制，检修人员也能在现场对风机进行起停、正反转操作，以便于维护检修风机。

3.1 自动控制

通风控制系统的自动控制由直接控制法、间接控制法和时序控制法共同作用。直接控制法是基于布置在隧道内的传感器（CO/VI 检测器、风速风向检测器），检测隧道内一氧化碳浓度和烟尘浓度，并将信号传输给控制系统，使系统控制风机启停、运转。间接控制法依据隧道外的车辆检测器、监控等设备，记录隧道内交通流量及行车时速，并计算出实时的烟尘和一氧化碳浓度，反馈至系统控制风量。时序控制法是参照隧道的管理经验，根据各个时间段估计的交通量和一氧化碳浓度、烟雾浓度，预设置程序控制风机的运行状态。三种控制方式相结合的方法调节风机的工作状况，给隧道供给新鲜风量，并稀释CO和烟尘的浓度，达到合理控制风机，实现节能环保和维持风机最佳运行状态的效果。

3.2 手动控制

手动控制是控制系统对风机进行联动控制与单独控制。联动控制是通过手动操纵风量的档次按钮控制风机的风量档次，实现对风机的联动控制。单独控制是指维护人员单独控制每台风机的启、停。手动控制也可绕过系统通过隧道内的手工操作控制按钮控制风机，此方法也称为就地控制，其目的是方便风机的检修测试。

4 通风设备安装维护

4.1风机安装

安装射流风机前安装风机生产厂家提供的预埋件，预埋件安装完成后，焊接风机支架焊接做载荷试验，要求支承强度大于实际载荷的15倍。预埋件接头和连接件为防止锈蚀，需刷两遍防锈底漆和面漆。需要注意的一点是，为减少风机损失，安装时各台风机的主风流方向需保持与交通流方向相同，同时各风机安装位置在同一直线上且尽量靠近隧道走轴线。此外，风机安装时严禁磕碰，通风设备安装完毕后，应进行单台风机性能测试。

4.2风机调试

风机安装完成后在启动前应检查电压范围是否正常（通常为380V，误差±6%以内），检查叶轮转动是否正常、叶顶间隙是否符合要求。同时清理干净风机内和风机附近的杂质异物。风机试机时检查风机叶轮是否按照标牌所示方向旋转，并检查风机的额定转速和电路连接情况尤其是接地线和熔断器，最后检查风机的震动情况。安装完成后开启风机运转半小时，再检查其运行状况，以上均无异常则风机调试完成。

4.3风机运行

对于多组（多台）风机启动或停止，为减少对电网的冲击，每次适宜增加和减少风机运行的台数为一组2台。每组风机的启动间隔时间不得低于30s。风机在正常运行中，首先应注意电机电流，这是风机载荷以及故障显示的信号；其次，定期检查风机以及电机的振动情况，检查是否存在摩擦或撞击的异常声响。在进行风机检修或反转时，必须等待风机叶轮完全停止后才可切断电源或接通反向电源。风机在正常运行中，当出现以下异常情况必须立即停机检查：电流突然增大超出正常范围、振动异常或出现撞击声、电机轴承温度急剧上升等。

4.4风机维护

射流风机的维护方面，需要定期清理风机外表面，清理时严禁用水冲洗，在刷除积灰时须使用干燥的长毛刷。此外需要定期检查风机联接的螺栓是否松动，如发现有松动迹象应及时扭紧，定期给风机外壳上的注油孔加注电机轴承润滑油。

5结束语

本文依托高速公路建设项目，对该高速公路中的隧道（特长隧道）的通风进行设计计算，选择满足设计要求所需风机，并在控制端与设备端探讨了通风系统的保障措施。通风设备的控制为自动控制与手动控制相结合，在控制系统的程序中自动控制可在传感设备的支持下对风机自动控制调整，手动控制可人为对风机的工况进行调整。同时通风设备需按规定进行安装、保养和维修，以保障通风系统的正常工作。

参考文献：

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